Лабораторна робота №3. 3.1.1. Вивчити принцип дії і характеристики датчиків кутів, датчиків температури і фотодатчиків

ВИЗНАЧЕННЯ ПОТЕНЦІАЛІВ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ВУЗЛІВ

3.1. Мета роботи.

3.1.1. Вивчити принцип дії і характеристики датчиків кутів, датчиків температури і фотодатчиків.

3.2. Основні теоретичні відомості.

Для вимірювання лінійних і кутових переміщень на постійному ізмінному струмі отримали застосування потенціометричні датчики. Їх основна перевага - простота і відсутність необхідності подальшого підсилення, якщо вони застосовуються для вимірювання. Основні недоліки - наявність ковзаючого контакту. Вхідний сигнал (переміщення) задається за допомогою контактної щітки, яка може переміщатися по потенціометру. Вихідний сигнал знімається з движка потенціометра і однією з общих точок потенціометра (Рис. 3.1.).

рис. 3.1

При R_Н = ¥ (коло разімкнуте):

U0

Ux = ----- X = К Х.

L

При R_Н¹ ¥ напруга, що знімається щіткою, вже не буде дорівнювати Ux. Повний опір ланцюга дорівнює R:

Rн Rх

R = Ro - Rx + --------;

Rн + Rx

X

Rx = Ro - -----;

L

U = I(Ro - Rx).

Uo Rx

Uвых = Uo – (Ro – Rx) = --------------------------- или

Rx Ro R²x

Ro + ------- - ------

Rн Rн

 

Ro X

підставивши Rx = ------ получим:

L

 

Uo X

Uвих = ----------------------;

Ro X Ro X²

L + ------ - -------

Rн L Rн

Тобто практично залежність вихідного сигналу потенціометра U вих від вхідного сигналу " X" у загальному випадку нелінійна. Але при Rн = (10... 100) Rо потенціометр можна вважати лінійним елементом і використовувати залежність:

Uo

Uвых = К *Х = ------ Х;

L

Статична характеристика потенціометричного датчика має вигляд (Рис. 3.2.).

Рис. 3.2.

У системах автоматики широке застосування знаходять напівпровідникові фотодатчики, що використовують внутрішній фотоефект, для контролю кількості деталей на конвеєрі, для контролю освітленості і т. д. Перевагами фотодатчика є їх простота, малі габарити, висока чутливість, відсутність механічного зв'язку з вимірюваним процесом і мала інерційність. Основним недоліком є мала величина фотоструму. Величина фотоструму фотоелемента дорівнює:

Sф

Iф = ------------- Ф;

Rн

(1 + -----)²

Rф

де Rф – опір фотоелемента;

Sф = dIф/dФ – інтегральна чутливість фотоелемента;

Для вимірювання температури в автоматиці застосовуються термометри опору. Принцип дії цих термометрів заснований на властивості провідників міняти свій опір R при зміні температури. Знаючи опір провідника при початковій температурі to.

Ro = Се^{at t0}

можна визначити опір цього провідника при довільній температурі t

Rt = Се^{at t}

Із співвношення:

Rt

----- = e^{at(t - t0)}

R0

Розкладаючи праву частину цього виразу в ряд, отримаємо залежність, яку використовувують в термометрах опору.

Rt = Ro (l + a_t(t - to)).

Величина a_t для діапазону температур 275 - 475°К може бути прийнята для міді рівною 0, 00428 1/°К. У цьому діапазоні працюють мідні і нікелеві датчики термометрів опору. Основні похибки термометрів опору виникають внаслідок непостійності напруги живлення та температури навколишнього середовища та теплової інерційності термодатчика. В даний час в якості термодатчиків широко застосовують напівпровідникові терморезистори або термістори - напівпровідникові резистори нелінійної вольт-амперної характеристикою, основна властивість яких полягає в здатності значно змінювати свій опір при зміні температури. Розрізняють термістори з негативним температурним коефіцієнтом опору (опір при нагріванні збільшується) і з позитивним температурним коефіцієнтом опору (ТКС) (опір при нагріванні збільшується). Опір термістора з негативним ТКС змінюється по експоненціальному закону у відповідності з виразом:

Rt = A exp(B/T),

де А – постійна для даного опору,

В – коеф. температурної чутливості,

Т – температура в градусах Кельвіна.

Для резисторів с позитивним ТКС:

Rt = A exp(at),

де а – ТКС при температурі t°C.

Чутливість термодатчика:

St = dR/dt = a_t Ro Ом/град.

3.3. План роботи.

3.1.1. Зняти і побудувати залежність вихідної напруги ДУ (датчика кута) від кута повороту U = f(a), (Рис. 3.4).

3.1.2. Зняти і побудувати залежність Rф = f (Рис. 5.5.).

3.1.3. Зняти і побудувати залежність Rт = f (t), для двох значень потужності нагрівального елемента, (Рис. 3.6).

3.1.4. Для досліджуваного термістора (СТ1-17) (СТ1-17) R = 4к3 при Т = 293°К, а = -(4, 2 … 7)%/ °С, В = (3600 – 6000К) побудуйте залежність Rt = f(t°C).

3.1.5. Використовуючи дані 3.1.4. побудуйте залежність t°C = f(t) для нагрівального елемента.

 

Рис. 3.4.

Рис. 3.5.

Рис. 3.6.